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Nikkei X-TECH_2023.8.25

첨단 기술 뉴스 플러스
JAXA가 도전하는 오차 100m 이내의 초정밀 달 착륙
인도에 이어 다섯 번째가 될 수 있을까?

우주항공연구개발기구(JAXA)는 8월 27일 오전 9시 30분, 소형 무인 달 착륙선 ’슬림(SLIM)’ 등을 탑재한 ‘H-IIA 로켓 47호기’를 가고시마(鹿児島) 현 다네가시마(種子島) 우주센터에서 발사할 예정이었다가 중지되었다.

슬림은 수 개월에 걸쳐 달을 향해 비행해 4~6개월 후 세계 최초의 오차 범위 100m 이내의 초정밀 착륙에 도전한다. 지난 8월 23일, 인도의 달 탐사선 찬드라얀 3호가 옛 소련(현 러시아), 미국, 중국에 이어 세계에서 네 번째로 달 착륙에 성공했다. 슬림이 착륙에 성공하면 세계에서 다섯 번째가 될 가능성이 있다.

슬림의 크기는 약 2.4m(높이)×약 1.7m(세로)×약 2.7m(가로)로, 무게는 추진제를 제외하고 200kg, 발사 시에는 700~730kg이다. 지금까지의 달 착륙선(랜더)이 톤 급이었던 것에 비하면, 크게 소형 및 경량이다. 참고로 찬드라얀 3호의 랜더 무게는 1.75톤이다.

슬림의 가장 큰 특징은 달 표면으로의 초정밀 착륙 기술에 있다. 지금까지의 착륙 정밀도인 수~십 수 km와는 자릿수가 다른 100m 오더를 목표로 하고 있다. 달의 극역(極域)에서 수자원 탐사를 할 경우, 지속적인 탐사에 유리한 장소는 매우 좁은 영역으로 제한되기 때문에 이 기술은 자원이 존재할 가능성이 있는 곳에 정확하게 착륙하는 데 도움이 된다.

이 기술의 열쇠는 ‘화상(畵像) 조회 항법’에 있다. 착륙 단계에서 슬림에 탑재된 항법 카메라로 달 표면을 촬영하고, 탑재된 플라이트 컴퓨터로 화상에 비친 크레이터를 추출. 그것을 사전에 조사한 크레이터 정보가 포함된 지도와 대조해 정확한 자기 위치를 산출할 수 있다.

달 표면을 눈앞에 둔 상공에서 촬영된 화상에서 가장 안전한 지점을 골라 착륙하려면 화상을 거의 실시간으로 처리할 필요가 있다. 지금까지 우주 탐사선에서 사용되어 온 CPU는 일반적으로 지상용과 비교해 1/100 정도의 처리 능력 밖에 없었다고 한다. 슬림은 우주용 FPGA 상에서도 몇 초 만에 처리가 가능한 화상 처리 알고리즘 개발을 통해 화상 조회의 실시간 처리가 가능하다.

-- 경사지에 옆으로 착륙 --
슬림의 착륙 시퀀스는 다음과 같다. (1)달의 주회 궤도에서 착륙 강하(降下)를 개시하고, 항법 카메라에 의한 화상 항법을 실시해 고정밀도로 자기 위치를 추정하면서 자율적인 항법 유도 제어로 달 표면상의 목표 지점에 접근한다.

 (2)목표 지점 상공에서는 착륙 레이더를 이용한 고도 및 지면 상대 속도의 정밀한 계측도 실시해 항법 유도에 반영한다 (3)착륙 지점 상공에서는 화상 기반의 장애물 검출·회피를 자율적으로 실시하고, 위험한 바위 등을 피해서 착륙한다.

착륙 목표 지점은 크레이터 근방에 위치하며, 경사도가 15도 정도의 경사지라고 한다. JAXA에서 착륙 시뮬레이션 등을 통해 검토를 거듭한 결과, ‘2단계 착륙 방식’을 채택하기로 했다. 이것은 처음에 주각(主脚)으로 일단 접지한 다음 구르듯이 기체를 전방으로 회전시켜 안정시키는 방식이다.

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